Fémek kémiai tulajdonságai: kölcsönhatás oxigénnel, halogénekkel, kénnel és kapcsolata vízzel, savakkal, sókkal.

A fémek kémiai tulajdonságait az határozza meg, hogy atomjaik képesek-e könnyen leadni az elektronokat egy külső energiaszintről, pozitív töltésű ionokká alakulva. Így a kémiai reakciókban a fémek energikus redukálószernek bizonyulnak. Ez a fő közös kémiai tulajdonságuk.

Az elektronok adományozásának képessége az egyes fémelemek atomjai között változik. Minél könnyebben adja fel egy fém az elektronjait, annál aktívabb, és annál erőteljesebben lép reakcióba más anyagokkal. A kutatások alapján minden fémet az aktivitás csökkenésének sorrendjében rendeztek. Ezt a sorozatot először a kiváló tudós, N. N. Beketov javasolta. A fémeknek ezt a tevékenységsorát fémek elmozdulási sorozatának vagy fémfeszültségek elektrokémiai sorozatának is nevezik. Így néz ki:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Ennek a sorozatnak a segítségével felfedezheti, hogy melyik fém aktív egy másikban. Ez a sorozat hidrogént tartalmaz, ami nem fém. Látható tulajdonságait összehasonlításképpen egyfajta nullának tekintjük.

A fémek redukálószer tulajdonságaival különféle oxidálószerekkel reagálnak, elsősorban nem fémekkel. A fémek reakcióba lépnek oxigénnel normál körülmények között vagy hevítéskor oxidokat képezve, például:

2Mg0 + O02 = 2Mg+2O-2

Ebben a reakcióban a magnézium atomok oxidálódnak és az oxigénatomok redukálódnak. A sorozat végén lévő nemesfémek reakcióba lépnek az oxigénnel. Aktív reakciók lépnek fel halogénekkel, például a réz klórban való égése:

Cu0 + Cl02 = Cu+2Cl-2

A kénnel való reakciók leggyakrabban hevítéskor lépnek fel, például:

Fe0 + S0 = Fe+2S-2

Az aktív fémek, amelyek a Mg-ben a fémek aktivitási sorozatába tartoznak, vízzel reagálva lúgokat és hidrogént képeznek:

2Na0 + 2H+2O → 2Na+OH + H02

A közepes aktivitású fémek Al-tól H2-ig súlyosabb körülmények között reagálnak vízzel, és oxidokat és hidrogént képeznek:

Pb0 + H+2O Fémek kémiai tulajdonságai: kölcsönhatás oxigénnel Pb+2O + H02.

Egy fémnek az oldatban lévő savakkal és sókkal való reakcióképessége a fémek elmozdulási sorozatában elfoglalt helyzetétől is függ. A hidrogéntől balra lévő kiszorító fémsorban álló fémek általában kiszorítják (redukálják) a hidrogént a híg savakból, míg a hidrogéntől jobbra álló fémek nem szorítják ki. Így a cink és a magnézium reakcióba lép a savas oldatokkal, hidrogén szabadul fel és sókat képez, de a réz nem reagál.

Mg0 + 2H + Cl → Mg + 2Cl2 + H02

Zn0 + H+2SO4 → Zn+2SO4 + H02.

Ezekben a reakciókban a fématomok redukálószerek, a hidrogénionok pedig oxidálószerek.

A fémek vizes oldatokban reagálnak a sókkal. Az aktív fémek kiszorítják a kevésbé aktív fémeket a sók összetételéből. Ezt a fémek aktivitássorai határozzák meg. A reakciótermékek egy új só és egy új fém. Tehát, ha egy vaslemezt réz(II)-szulfát oldatba merítünk, egy idő után réz szabadul fel rajta vörös bevonat formájában:

Fe0 + Cu+2SO4 → Fe+2SO4 + Cu0.

De ha egy ezüstlemezt réz(II)-szulfát oldatába merítünk, akkor nem történik reakció:

Ag + CuSO4 ≠ .

Az ilyen reakciók végrehajtásához nem használhat túl aktív fémeket (lítiumtól nátriumig), amelyek reakcióba léphetnek vízzel.

Ezért a fémek képesek reagálni nemfémekkel, vízzel, savakkal és sókkal. Ezekben az esetekben a fémek oxidálódnak és redukálószerek. A fémeket érintő kémiai reakciók lefolyásának előrejelzéséhez fémek elmozdulási sorozatát kell használni.

A fémek pozitív oxidációs állapotú aktív redukálószerek. Kémiai tulajdonságaik miatt a fémeket széles körben használják az iparban, a kohászatban, az orvostudományban és az építőiparban.

Fémaktivitás

A reakciók során a fématomok vegyértékelektronokat adnak fel és oxidálódnak. Minél több energiaszinttel és kevesebb elektronnal rendelkezik egy fématom, annál könnyebben adja fel az elektronokat és reagál. Ezért a fémes tulajdonságok felülről lefelé és jobbról balra nőnek a periódusos rendszerben.

Rizs. 1. A fémes tulajdonságok változása a periódusos rendszerben.

Az egyszerű anyagok aktivitását a fémek elektrokémiai feszültségsorai mutatják. A hidrogéntől balra az aktív fémek (az aktivitás balra növekszik), a jobb oldalon az inaktív fémek.

A legnagyobb aktivitást azok az alkálifémek mutatják, amelyek a periódusos rendszer I. csoportjába tartoznak, és az elektrokémiai feszültségsorokban a hidrogéntől balra helyezkednek el. Sok anyaggal már szobahőmérsékleten reagálnak. Őket követik az alkáliföldfémek, amelyek a II. csoportba tartoznak. Hevítés hatására a legtöbb anyaggal reagálnak. Az alumíniumtól a hidrogénig terjedő elektrokémiai sorozatba tartozó fémek (közepes aktivitás) további feltételeket igényelnek a reakcióba lépéshez.

Rizs. 2. Fémek feszültségeinek elektrokémiai sorozatai.

Egyes fémek amfoter tulajdonságokat vagy kettősséget mutatnak. A fémek, oxidjaik és hidroxidjaik reakcióba lépnek savakkal és bázisokkal. A legtöbb fém csak bizonyos savakkal lép reakcióba, kiszorítja a hidrogént és sót képez. A legszembetűnőbb kettős tulajdonságok a következők:

• alumínium;
• ólom;
• cink;
• vas;
• réz;
• berillium;
• króm.

Mindegyik fém képes kiszorítani egy másik, tőle jobbra álló fémet az elektrokémiai sorozatban a sók közül. A hidrogéntől balra lévő fémek kiszorítják a híg savakból.

Tulajdonságok

A fémek különböző anyagokkal való kölcsönhatásának jellemzőit a fémek kémiai tulajdonságait tartalmazó táblázat mutatja be.

Reakció	Sajátosságok	Egyenlet
Oxigénnel	A legtöbb fém oxidfilmet képez. Az alkálifémek oxigén jelenlétében spontán meggyulladnak. Ebben az esetben a nátrium peroxidot (Na 2 O 2) képez, az I. csoport maradék fémei szuperoxidokat (RO 2). Hevítéskor az alkáliföldfémek spontán meggyulladnak, míg a közepes aktivitású fémek oxidálódnak. Az arany és a platina nem lép kölcsönhatásba az oxigénnel	4Li + O 2 → 2Li 2O; 2Na + O 2 → Na 2O 2; K+O2 → KO2; 4Al + 3O 2 → 2Al 2O 3; 2Cu + O 2 → 2CuO
Hidrogénnel	Szobahőmérsékleten az alkáli vegyületek reakcióba lépnek, melegítéskor pedig az alkáliföldfém vegyületek. A berillium nem reagál. A magnézium emellett magas vérnyomást igényel	Sr + H2 → SrH2; 2Na + H2 → 2NaH; Mg + H 2 → MgH 2
	Csak aktív fémek. A lítium szobahőmérsékleten reagál. Egyéb fémek - hevítéskor	6Li + N2 → 2Li 3N; 3Ca + N 2 → Ca 3 N 2
Karbonnal	Lítium és nátrium, a többi - melegítéskor	4Al + 3C → Al 3 C4; 2Li+2C → Li 2C 2
	Az arany és a platina nem hatnak egymásra	2K + S → K2S; Fe + S → FeS; Zn + S → ZnS
Foszforral	Ha melegítjük	3Ca + 2P → Ca 3P 2
Halogénekkel	Csak az alacsony aktivitású fémek nem reagálnak, a réz - hevítéskor	Cu + Cl 2 → CuCl 2
	Alkáli és néhány alkáliföldfém. Melegítéskor savas vagy lúgos körülmények között a közepes aktivitású fémek reakcióba lépnek	2Na + 2H2O → 2NaOH + H2; Ca + 2H 2O → Ca(OH)2 + H2; Pb + H 2 O → PbO + H 2
Savakkal	Fémek a hidrogéntől balra. A réz koncentrált savakban oldódik	Zn + 2HCl → ZnCl 2 + 2H2; Fe + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2; Cu + 2H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Lúgokkal	Csak amfoter fémek	2Al + 2KOH + 6H 2O → 2K + 3H 2
	A reaktív fémek helyettesítik a kevésbé reaktív fémeket	3Na + AlCl 3 → 3NaCl + Al

A fémek kölcsönhatásba lépnek egymással és intermetallikus vegyületeket képeznek - 3Cu + Au → Cu 3 Au, 2Na + Sb → Na 2 Sb.

Alkalmazás

A fémek általános kémiai tulajdonságait ötvözetek, detergensek előállítására használják, és katalitikus reakciókban használják fel. Fémek vannak jelen az akkumulátorokban, az elektronikában és a tartószerkezetekben.

A fő alkalmazási területeket a táblázat tartalmazza.

Rizs. 3. Bizmut.

Mit tanultunk?

A 9. osztályos kémiaóráról a fémek alapvető kémiai tulajdonságait ismerhettük meg. Az egyszerű és összetett anyagokkal való kölcsönhatás képessége határozza meg a fémek aktivitását. Minél aktívabb egy fém, annál könnyebben reagál normál körülmények között. Az aktív fémek reakcióba lépnek halogénekkel, nemfémekkel, vízzel, savakkal és sókkal. Az amfoter fémek reakcióba lépnek lúgokkal. Az alacsony aktivitású fémek nem lépnek reakcióba vízzel, halogénekkel és a legtöbb nemfémmel. Röviden áttekintettük az alkalmazási területeket. A fémeket az orvostudományban, az iparban, a kohászatban és az elektronikában használják.

Teszt a témában

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.4. Összes beérkezett értékelés: 70.

A kristályrácsban található szabad elektronok („elektrongáz”) miatt minden fém a következő jellemző általános tulajdonságokkal rendelkezik:

1) Műanyag– könnyen formázható, dróttá nyújtható és vékony lapokká tekerhető.

2) Fémes ragyogásés átlátszatlanság. Ennek oka a szabad elektronok és a fémre eső fény kölcsönhatása.

3) Elektromos vezetőképesség. Ez azzal magyarázható, hogy a szabad elektronok kis potenciálkülönbség hatására a negatív pólustól a pozitív felé haladnak. Melegítéskor az elektromos vezetőképesség csökken, mert A hőmérséklet emelkedésével a kristályrács csomópontjaiban felerősödnek az atomok és ionok rezgései, ami megnehezíti az „elektrongáz” irányított mozgását.

4) Hővezetőképesség. Ezt a szabad elektronok nagy mobilitása okozza, aminek következtében a hőmérséklet gyorsan kiegyenlíti a fém tömegét. A legnagyobb hővezető képesség a bizmutban és a higanyban található.

5) Keménység. A legkeményebb a króm (üveget vág); a legpuhább alkálifémeket - káliumot, nátriumot, rubídiumot és céziumot - késsel vágják.

6) Sűrűség. Minél kisebb a fém atomtömege és minél nagyobb az atom sugara, annál kisebb. A legkönnyebb a lítium (ρ=0,53 g/cm3); a legnehezebb az ozmium (ρ=22,6 g/cm3). Az 5 g/cm3-nél kisebb sűrűségű fémek „könnyűfémeknek” minősülnek.

7) Olvadáspont és forráspont. A legolvadékonyabb fém a higany (olvadáspont = -39°C), a leginkább tűzálló fém a volfrám (olvadáspont = 3390°C). Olvadáspontú fémek 1000°C felett tűzállónak, alatta alacsony olvadáspontúnak számítanak.

A fémek általános kémiai tulajdonságai

Erős redukálószerek: Me 0 – nē → Me n +

Számos feszültség jellemzi a fémek összehasonlító aktivitását a vizes oldatok redoxreakcióiban.

1. Fémek reakciói nemfémekkel

1) Oxigénnel:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Kénnel:
Hg + S → HgS

3) Halogénekkel:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Nitrogénnel:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) Foszforral:
3Ca + 2P – t° → Ca 3P 2

6) Hidrogénnel (csak alkáli- és alkáliföldfémek reagálnak):
2Li + H2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

2. Fémek reakciói savakkal

1) A H-ig terjedő elektrokémiai feszültségsorba tartozó fémek a nem oxidáló savakat hidrogénné redukálják:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+6HCl → 2AlCl3+3H 2

6Na + 2H 3PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Oxidáló savakkal:

Amikor bármilyen koncentrációjú salétromsav és tömény kénsav kölcsönhatásba lép a fémekkel Hidrogén soha nem szabadul fel!

Zn + 2H 2SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

3. Fémek kölcsönhatása vízzel

1) Az aktív (alkáli és alkáliföldfémek) oldható bázist (alkáli) és hidrogént képeznek:

2Na + 2H 2O → 2NaOH + H2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) A közepes aktivitású fémeket víz oxidálja, amikor oxiddá hevítik:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Inaktív (Au, Ag, Pt) - ne reagáljon.

4. A kevésbé aktív fémek kiszorítása aktívabb fémekkel a sóik oldatából:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Az iparban gyakran nem tiszta fémeket használnak, hanem ezek keverékeit - ötvözetek, amelyben az egyik fém előnyös tulajdonságait egy másik fém előnyös tulajdonságai egészítik ki. Így a réz alacsony keménységű, és nem alkalmas gépalkatrészek gyártására, míg a réz és cink ötvözetei ( sárgaréz) már elég kemények, és széles körben használják a gépészetben. Az alumínium nagy rugalmassággal és elegendő könnyűséggel (alacsony sűrűségű) rendelkezik, de túl puha. Ennek alapján készítenek egy magnézium-, réz- és mangánötvözetet - duralumíniumot (duralumínium), amely anélkül, hogy elveszítené az alumínium hasznos tulajdonságait, nagy keménységet szerez, és alkalmassá válik repülőgép-építésre. A vas ötvözetei szénnel (és más fémek adalékaival) széles körben ismertek öntöttvasÉs acél.

A szabad fémek restaurátorok. Néhány fém azonban alacsony reakciókészséggel rendelkezik, mivel bevonattal vannak ellátva felületi oxid film Különböző mértékben ellenáll a kémiai reagenseknek, például víznek, savak és lúgok oldatainak.

Például az ólmot mindig oxidfóliával fedik le, hogy oldatba kerüljön, nem csak egy reagens hatásának (például híg salétromsavnak) van kitéve, hanem melegítést is. Az alumíniumon lévő oxidfilm megakadályozza a vízzel való reakciót, de savak és lúgok elpusztítják. Laza oxidfilm (rozsda), nedves levegőben a vas felületén képződik, nem zavarja a vas további oxidációját.

A befolyás alatt sűrített savak keletkeznek a fémeken fenntartható oxid film. Ezt a jelenséget az ún passziváció. Tehát koncentráltan kénsav az olyan fémek, mint a Be, Bi, Co, Fe, Mg és Nb passziválódnak (majd nem reagálnak savval), tömény salétromsavban pedig A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb fémek , Th és U.

Ha savas oldatokban oxidálószerekkel lép kölcsönhatásba, a legtöbb fém kationokká alakul át, amelyek töltését az adott elem stabil oxidációs állapota határozza meg a vegyületekben (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ és Fe 3). +)

A fémek redukáló aktivitását savas oldatban feszültségek sorozata adja át. A legtöbb fémet sósavval és híg kénsavval oldják át, de a Cu, Ag és Hg - csak kénsavval (tömény) és salétromsavval, a Pt és Au pedig "regia vodkával".

Fémkorrózió

A fémek nemkívánatos kémiai tulajdonsága a korróziójuk, azaz vízzel való érintkezéskor és a benne oldott oxigén hatására aktív pusztulás (oxidáció) (oxigénkorrózió). Például széles körben ismert a vastermékek vízben történő korróziója, melynek következtében rozsda képződik, és a termékek porrá morzsolódnak.

A fémek korróziója vízben is előfordul az oldott CO 2 és SO 2 gázok jelenléte miatt; savas környezet jön létre, és a H + kationokat az aktív fémek kiszorítják hidrogén H 2 formájában ( hidrogén korrózió).

A két különböző fém érintkezési területe különösen korrozív lehet ( érintkezési korrózió). Galvánpár jön létre egy fém, például Fe, és egy másik fém, például Sn vagy Cu, vízbe helyezett fém között. Az elektronok áramlása az aktívabb fémtől, amely a feszültségsorban balra van (Re), a kevésbé aktív fémhez (Sn, Cu) megy, és az aktívabb fém megsemmisül (korrodálódik).

Emiatt a konzervdobozok ónozott felülete (ónnal bevont vas) rozsdásodik, ha nedves környezetben tárolják és gondatlanul kezelik (a vas már egy kis karcolás után is gyorsan összeesik, így a vasaló nedvességgel érintkezik). Ellenkezőleg, a vasvödör horganyzott felülete nem rozsdásodik sokáig, hiszen ha vannak is karcok, nem a vas korrodál, hanem a cink (a vasnál aktívabb fém).

Egy adott fém korrózióállósága növekszik, ha aktívabb fémmel vonják be, vagy ha összeolvasztják; Így a vas krómmal való bevonása vagy vas és króm ötvözete kiküszöböli a vas korrózióját. Krómozott vas és krómtartalmú acél ( rozsdamentes acél), magas korrózióállósággal rendelkeznek.

11. előadás Fémek kémiai tulajdonságai.

Fémek kölcsönhatása egyszerű oxidálószerekkel. A fémek vízhez viszonyított aránya, savak, lúgok és sók vizes oldatai. Az oxidfilm és az oxidációs termékek szerepe. Fémek kölcsönhatása salétromsavval és tömény kénsavval.

A fémek közé tartozik az összes s-, d-, f-elem, valamint a periódusos rendszer alsó részében található p-elemek a bórtól az asztatinig húzott átlótól kezdve. Ezen elemek egyszerű anyagaiban fémes kötés jön létre. A fématomoknak kevés elektronja van a külső elektronhéjban, 1, 2 vagy 3 mennyiségben. A fémek elektropozitív tulajdonságokat mutatnak, és alacsony elektronegativitásúak, kevesebb, mint kettő.

A fémek jellegzetes tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek szilárd anyagok, nehezebbek a víznél, fémes fényűek. A fémek magas hő- és elektromos vezetőképességgel rendelkeznek. Jellemzőjük az elektronok kibocsátása különböző külső hatások hatására: fénnyel történő besugárzás, melegítés, szakadás (exoelektronikus emisszió).

A fémek fő jellemzője, hogy képesek elektronokat adni más anyagok atomjainak és ionjainak. A fémek az esetek túlnyomó többségében redukálószerek. És ez a jellemző kémiai tulajdonságuk. Tekintsük a fémek és a tipikus oxidálószerek arányát, amelyek magukban foglalják az egyszerű anyagokat - nemfémeket, vizet, savakat. Az 1. táblázat információt nyújt a fémek és az egyszerű oxidálószerek arányáról.

1. táblázat

Fémek és egyszerű oxidálószerek aránya

Minden fém reakcióba lép a fluorral. Ez alól kivételt képez az alumínium, a vas, a nikkel, a réz, a cink nedvesség hiányában. Amikor ezek az elemek a kezdeti pillanatban reagálnak a fluorral, fluorid filmeket képeznek, amelyek megvédik a fémeket a további reakciótól.

Ugyanilyen körülmények és okok mellett a vas passziválódik klórral reagálva. Az oxigénnel kapcsolatban nem minden fém, hanem csak néhány fém képez sűrű oxidvédő filmet. A fluorról a nitrogénre való áttéréskor (1. táblázat) az oxidatív aktivitás csökken, ezért egyre több fém nem oxidálódik. Például csak a lítium és az alkáliföldfémek reagálnak a nitrogénnel.

A fémek vízhez viszonyított aránya és az oxidálószerek vizes oldatai.

Vizes oldatokban egy fém redukáló aktivitását a standard redoxpotenciál értékével jellemezzük. A standard redoxpotenciálok teljes sorozatából megkülönböztetünk egy fémfeszültség-sorozatot, amelyet a 2. táblázat sorol fel.

2. táblázat

A feszültségű fémek tartománya

Oxidálószer	Elektróda folyamategyenlete	Szabványos elektródpotenciál φ 0, V	Redukáló szer	Redukálószerek feltételes aktivitása
Li+	Li + + e - = Li	-3,045	Li	Aktív
Rb+	Rb + + e - = Rb	-2,925	Rb	Aktív
K+	K + + e - = K	-2,925	K	Aktív
Cs+	Cs + + e - = Cs	-2,923	Cs	Aktív
Ca2+	Ca 2+ + 2e - = Ca	-2,866	kb	Aktív
Na+	Na + + e - = Na	-2,714	Na	Aktív
Mg 2+	Mg 2+ +2 e - = Mg	-2,363	Mg	Aktív
Al 3+	Al 3+ + 3e - = Al	-1,662	Al	Aktív
Ti 2+	Ti 2+ + 2e - = Ti	-1,628	Ti	Házasodik. tevékenység
Mn 2+	Mn 2+ + 2e - = Mn	-1,180	Mn	Házasodik. tevékenység
Cr 2+	Cr 2+ + 2e - = Kr	-0,913	Kr	Házasodik. tevékenység
H2O	2H 2O+ 2e - =H2 +2OH -	-0,826	H2, pH=14	Házasodik. tevékenység
Zn 2+	Zn 2+ + 2e - = Zn	-0,763	Zn	Házasodik. tevékenység
Cr 3+	Cr 3+ +3e - = Kr	-0,744	Kr	Házasodik. tevékenység
Fe 2+	Fe 2+ + e - = Fe	-0,440	Fe	Házasodik. tevékenység
H2O	2H 2O + e - = H 2 + 2OH -	-0,413	H2, pH=7	Házasodik. tevékenység
CD 2+	Cd 2+ + 2e - = Cd	-0,403	CD	Házasodik. tevékenység
Co2+	Co 2+ +2 e - = Co	-0,227	Co	Házasodik. tevékenység
Ni 2+	Ni 2+ + 2e - = Ni	-0,225	Ni	Házasodik. tevékenység
Sn 2+	Sn 2+ + 2e - = Sn	-0,136	Sn	Házasodik. tevékenység
Pb 2+	Pb 2+ + 2e - = Pb	-0,126	Pb	Házasodik. tevékenység
Fe 3+	Fe 3+ +3e - = Fe	-0,036	Fe	Házasodik. tevékenység
H+	2H++2e- =H2		H2, pH=0	Házasodik. tevékenység
Bi 3+	Bi 3+ + 3e - = Bi	0,215	Kettős	Alacsony aktív
Cu 2+	Cu 2+ + 2e - = Cu	0,337	Cu	Alacsony aktív
Cu+	Cu + + e - = Cu	0,521	Cu	Alacsony aktív
Hg 2 2+	Hg 2 2+ + 2e - = Hg	0,788	Hg 2	Alacsony aktív
Ag+	Ag + + e - = Ag	0,799	Ag	Alacsony aktív
Hg 2+	Hg 2+ +2e - = Hg	0,854	Hg	Alacsony aktív
Pt 2+	Pt 2+ + 2e - = Pt	1,2	Pt	Alacsony aktív
Au 3+	Au 3+ + 3e - = Au	1,498	Au	Alacsony aktív
Au+	Au + + e - = Au	1,691	Au	Alacsony aktív

Ez a feszültségsorozat a hidrogénelektróda elektródpotenciáljának értékeit is mutatja savas (pH=0), semleges (pH=7), lúgos (pH=14) környezetben. Egy adott fém helyzete a feszültségsorozatban jellemzi azt a képességét, hogy normál körülmények között vizes oldatokban redox kölcsönhatásokon megy keresztül. A fémionok oxidálószerek, a fémek redukálószerek. Minél távolabb helyezkedik el egy fém a feszültségsorban, annál erősebbek az ionjai, mint oxidálószer vizes oldatban. Minél közelebb van a fém a sorozat kezdetéhez, annál erősebb a redukálószer.

A fémek képesek kiszorítani egymást a sóoldatokból. A reakció irányát a feszültségsorozatban elfoglalt relatív helyzetük határozza meg. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az aktív fémek nemcsak a vízből, hanem bármely vizes oldatból is kiszorítják a hidrogént. Ezért a fémek sóoldataiból való kölcsönös kiszorítása csak a magnézium utáni feszültségsorokban elhelyezkedő fémek esetében következik be.

Minden fém három feltételes csoportra van osztva, amint azt a következő táblázat mutatja.

3. táblázat

A fémek hagyományos felosztása

Kölcsönhatás vízzel. A víz oxidálószere a hidrogénion. Ezért csak azok a fémek oxidálhatók vízzel, amelyek standard elektródpotenciálja kisebb, mint a vízben lévő hidrogénionok potenciálja. A környezet pH-értékétől függ, és egyenlő

φ = -0,059 рН.

Semleges környezetben (pH=7) φ = -0,41 V. A fémek vízzel való kölcsönhatásának természetét a 4. táblázat mutatja be.

A sorozat elejétől származó fémek, amelyek potenciálja lényegesen negatívabb, mint -0,41 V, kiszorítják a hidrogént a vízből. De a magnézium csak a forró vízből szorítja ki a hidrogént. A magnézium és az ólom között elhelyezkedő fémek jellemzően nem szorítják ki a hidrogént a vízből. Ezen fémek felületén oxidfilmek képződnek, amelyek védő hatást fejtenek ki.

4. táblázat

Fémek kölcsönhatása vízzel semleges környezetben

Fémek kölcsönhatása sósavval.

A sósavban az oxidálószer a hidrogénion. A hidrogénion standard elektródpotenciálja nulla. Ezért minden aktív és közbenső aktív fémnek reagálnia kell a savval. A passziválás csak ólom esetében fordul elő.

5. táblázat

Fémek kölcsönhatása sósavval

A réz nagyon tömény sósavban oldható, annak ellenére, hogy alacsony aktivitású fém.

A fémek és a kénsav kölcsönhatása eltérő módon történik, és koncentrációjától függ.

Fémek kölcsönhatása híg kénsavval. A híg kénsavval a kölcsönhatást ugyanúgy hajtjuk végre, mint a sósavval.

6. táblázat

Fémek reakciója híg kénsavval

A híg kénsav hidrogénionjával oxidálódik. Kölcsönhatásba lép azokkal a fémekkel, amelyek elektródpotenciálja kisebb, mint a hidrogéneké. Az ólom 80% alatti koncentrációban nem oldódik kénsavban, mivel az ólom kénsavval való reakciója során keletkező PbSO 4 só oldhatatlan, és védőfilmet hoz létre a fém felületén.

Fémek kölcsönhatása tömény kénsavval.

A tömény kénsavban a +6 oxidációs állapotú kén oxidálószerként működik. Az SO 4 2- szulfátion része. Ezért a koncentrált sav minden olyan fémet oxidál, amelynek standard elektródpotenciálja kisebb, mint az oxidálószeré. A szulfátiont, mint oxidálószert alkalmazó elektródafolyamatok elektródpotenciáljának legnagyobb értéke 0,36 V. Ennek eredményeként egyes alacsony aktivitású fémek tömény kénsavval is reakcióba lépnek.

A közepes aktivitású fémek (Al, Fe) esetében a passziváció a sűrű oxidfilmek képződése miatt következik be. Az ón négyvegyértékű állapotba oxidálódik, így ón(IV)-szulfát keletkezik:

Sn + 4 H 2 SO 4 (tömény) = Sn(SO 4) 2 + 2SO 2 + 2H 2 O.

7. táblázat

Fémek reakciója tömény kénsavval

Az ólom kétértékű állapotba oxidálódik, így oldható ólom-hidrogén-szulfát keletkezik. A higany forró tömény kénsavban oldódik, és higany(I)- és higany(II)-szulfátokat képez. Még az ezüst is feloldódik a forrásban lévő tömény kénsavban.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy minél aktívabb a fém, annál mélyebb a kénsav redukciója. Az aktív fémeknél a sav főleg kénhidrogénné redukálódik, bár más termékek is jelen vannak. Például

Zn + 2H 2SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

3Zn + 4H 2SO 4 = 3ZnSO 4 + S↓ +4H 2O;

4Zn + 5H 2 SO 4 = 4 ZnSO 4 = 4 ZnSO 4 + H 2 S + 4 H 2 O.

Fémek kölcsönhatása híg salétromsavval.

A salétromsavban a nitrogén oxidálószerként működik +5 oxidációs állapotban. A híg sav, mint oxidálószer nitrátionjának elektródpotenciáljának maximális értéke 0,96 V. E nagy érték miatt a salétromsav erősebb oxidálószer, mint a kénsav. Ez abból látszik, hogy a salétromsav oxidálja az ezüstöt. Minél aktívabb a fém és minél hígabb a sav, annál mélyebben redukálódik a sav.

8. táblázat

Fémek reakciója híg salétromsavval

Fémek kölcsönhatása tömény salétromsavval.

A tömény salétromsavat általában nitrogén-dioxiddá redukálják. A tömény salétromsav fémekkel való kölcsönhatását a 9. táblázat mutatja be.

Ha sav hiányában és keverés nélkül használjuk, az aktív fémek nitrogénné, a közepes aktivitású fémek pedig szén-monoxiddá redukálják.

9. táblázat

Tömény salétromsav reakciója fémekkel

Fémek kölcsönhatása lúgos oldatokkal.

A fémeket lúgok nem oxidálhatják. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az alkálifémek erős redukálószerek. Ezért ionjaik a leggyengébb oxidálószerek, és nem mutatnak oxidáló tulajdonságokat vizes oldatokban. Lúgok jelenlétében azonban a víz oxidáló hatása nagyobb mértékben nyilvánul meg, mint ezek hiányában. Emiatt a lúgos oldatokban a fémeket a víz oxidálja, így hidroxidok és hidrogén keletkezik. Ha az oxid és a hidroxid amfoter vegyületek, akkor lúgos oldatban feloldódnak. Ennek eredményeként a tiszta vízben passzív fémek erőteljes kölcsönhatásba lépnek a lúgos oldatokkal.

10. táblázat

Fémek kölcsönhatása lúgos oldatokkal

Az oldódási folyamat két szakaszból áll: fémoxidáció vízzel és hidroxid oldás:

Zn + 2HOH = Zn(OH) 2 ↓ + H 2 ;

Zn(OH) 2 ↓ + 2NaOH = Na 2.

FÉMEK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

Kémiai tulajdonságaik szerint a fémeket a következőkre osztják:

1 )Aktív (alkáli és alkáliföldfémek, Mg, Al, Zn stb.)

2) Fémekátlagos aktivitás (Fe, Cr, Mn stb.) ;

3 ) Alacsony aktív (Cu, Ag)

4) Nemesfémek – Au, Pt, Pd stb.

A reakciókban csak redukálószerek vannak. A fématomok könnyen leadják a külső (és néhányat a külső) elektronrétegből származó elektronokat, pozitív ionokká alakulva. A Me lehetséges oxidációs állapotai Legalacsonyabb 0,+1,+2,+3 Legmagasabb +4,+5,+6,+7,+8

1. INTERAKCIÓ NEM FÉMEKKEL

1. HIDROGÉNVEL

Az IA és IIA csoportba tartozó fémek hevítés hatására reagálnak, kivéve a berilliumot. Szilárd instabil anyagok hidridek képződnek, más fémek nem reagálnak.

2K + H₂ = 2KH (kálium-hidrid)

Ca + H2 = CaH2

2. OXIGÉNVEL

Az arany és a platina kivételével minden fém reagál. Az ezüsttel való reakció magas hőmérsékleten megy végbe, de ezüst(II)-oxid gyakorlatilag nem képződik, mivel termikusan instabil. Az alkálifémek normál körülmények között oxidokat, peroxidokat, szuperoxidokat képeznek (lítium-oxid, nátrium-peroxid, kálium, cézium, rubídium-szuperoxid

4Li + O2 = 2Li2O (oxid)

2Na + O2 = Na2O2 (peroxid)

K+O2=KO2 (szuperoxid)

A fő alcsoportok többi fémei normál körülmények között oxidokat képeznek, amelyek oxidációs állapota megegyezik a 2Ca+O2=2CaO csoportszámmal.

2Ca+O2=2CaO

A másodlagos alcsoportok fémei normál körülmények között és hevítéskor különböző oxidációs fokú oxidokat és vas-vas lerakódást Fe3O4 (Fe⁺²O∙Fe2⁺³O3) képeznek.

3Fe + 2O2 = Fe3O4

4Cu + O2 = 2Cu2+10 (piros) 2Cu + O2 = 2Cu22O (fekete);

2Zn + O₂ = ZnO 4Cr + 3O2 = 2Cr2O3

3. HALOGÉNVEL

halogenidek (fluoridok, kloridok, bromidok, jodidok). A lúgos anyagok normál körülmények között meggyulladnak F, Cl, Br:

2Na + Cl2 = 2NaCl (klorid)

Az alkáliföldfémek és az alumínium normál körülmények között reagálnak:

VELa+Cl2=VELaCl2

2Al+3Cl2 = 2AICl3

Másodlagos alcsoportok fémei megemelt hőmérsékleten

Cu + Cl2 = Cu⁺2Cl2 Zn + Cl2 = ZnCl2

2Fe + 3С12 = 2Fe⁺³Cl3 vas-klorid (+3) 2Cr + 3Br2 = 2Cr⁺³Br3

2Cu + I2 = 2Cu⁺¹I(nincs réz-jodid (+2)!)

4. KÖLCSÖNHATÁS KÉNTEL

hevítéskor akár alkálifémekkel is, normál körülmények között higannyal. Az arany és a platina kivételével minden fém reagál

Velszürke – szulfidok: 2K + S = K2S 2Li+S = Li2S (szulfid)

VELa+S=VELmint(szulfid) 2Al+3S = Al2S3 Cu + S = Cu⁺²S (fekete)

Zn + S = ZnS 2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S

5. Kölcsönhatás FOSZFORSZAL ÉS NITROGÉNTEL

hevítéskor fordul elő (kivétel: lítium nitrogénnel normál körülmények között):

foszforral – foszfidokkal: 3kb + 2 P=Ca3P2,

Nitrogénnel - nitridek 6Li + N2 = 3Li2N (lítium-nitrid) (n.s.) 3Mg + N2 = Mg3N2 (magnézium-nitrid) 2Al + N2 = 2A1N 2Cr + N2 = 2CrN 3Fe + N23 = FeN₳

6. KÖLCSÖNHATÁS SZÉNVEL ÉS SZILÍCIUMNAL

melegítéskor fordul elő:

A karbidok szénnel képződnek. Csak a legaktívabb fémek reagálnak a szénnel. Az alkálifémekből a karbidok lítiumot és nátriumot képeznek, kálium, rubídium, cézium nem lép kölcsönhatásba a szénnel:

2Li + 2C = Li2C2, Ca + 2C = CaC2

A fémek - a d-elemek nem sztöchiometrikus összetételű vegyületeket képeznek a szénnel, például szilárd oldatokat: WC, ZnC, TiC - szuperkemény acélok előállítására használják.

szilíciummal – szilicidek: 4Cs + Si = Cs4Si,

7. FÉMEK Kölcsönhatása VÍZZEL:

Az elektrokémiai feszültségsorokban a hidrogén előtt lévő fémek vízzel reagálnak melegítés nélkül, így oldható hidroxidok (lúgok) és hidrogén, alumínium (az oxidfilm megsemmisülése után - amalgiáció), magnézium hevítés közben, oldhatatlan bázisokat és hidrogént képezve .

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2
VELa + 2HOH = Ca(OH)2 + H2

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Más fémek csak forró állapotban reagálnak a vízzel, oxidokat képezve (vas-vas vízkő)

Zn + H2O = ZnO + H2 3Fe + 4HOH = Fe3O4 + 4H2 2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2

8 OXIGÉNVEL ÉS VÍZZEL

A levegőben a vas és a króm nedvesség jelenlétében könnyen oxidálódik (rozsdásodás)

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

4Cr + 3O2 + 6H2O = 4Cr(OH)3

9. FÉMEK Kölcsönhatása OXIDOKKAL

Fémek (Al, Mg, Ca), magas hőmérsékleten redukálják oxidjaikból a nemfémeket vagy kevésbé aktív fémeket → nemfém vagy alacsony aktivitású fém és oxid (kalcium-termia, magnézium-termia, aluminotermia)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3 ZCa + Cr2O3 = ZCaO + 2Cr (800 °C) 8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe (termit) 2Mg + CO2 = 2MgO + C MgO + N2O = Zu+Zu + nCn + 2NO = 2CuO + N2 3Zn + SO2 = ZnS + 2ZnO

10. OXIDOKKAL

A vas és a króm fémek reakcióba lépnek az oxidokkal, csökkentve az oxidációs állapotot

Cr + Cr2⁺³O3 = 3Cr⁺²O Fe+ Fe2⁺³O3 = 3Fe⁺²O

11. FÉMEK Kölcsönhatása lúgokkal

Csak azok a fémek lépnek kölcsönhatásba a lúgokkal (Zn, Al, Cr(III), Fe(III) stb.), amelyek oxidjai és hidroxidjai amfoter tulajdonságúak. MOLTEN → fémsó + hidrogén.

2NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2 (nátrium-cinkát)

2Al + 2(NaOH H2O) = 2NaAlO2 + 3H2
MEGOLDÁS → komplex fémsó + hidrogén.

2NaOH + Zn0 + 2H2O = Na2 + H2 (nátrium-tetrahidroxi-cinkát) 2Al+2NaOH + 6H2O = 2Na+3H2

12. Kölcsönhatás SAVAKKAL (KIVÉVE HNO3 és H2SO4 (konc.)

A fémek elektrokémiai feszültségsorában a hidrogéntől balra lévő fémek kiszorítják a híg savakból → só és hidrogén

Emlékezz! A salétromsav soha nem bocsát ki hidrogént fémekkel való kölcsönhatás során.

Mg + 2HC1 = MgCl2 + H2
Al + 2HC1 = Al+3Сl3 + H2

13. REAKCIÓK SÓVAL

Az aktív fémek kiszorítják a kevésbé aktív fémeket a sókból. Megoldásokból való felépülés:

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu

FeSO4 + Cu =REAKCIÓKNEM

Mg + CuCl2(pp) = MgCl2 +VELu

Fémek kinyerése olvadt sókból

3Na+AlCl3=3NaCl+Al

TiCl2 + 2Mg = MgCl2 + Ti

A B csoportba tartozó fémek reakcióba lépnek a sókkal, csökkentve az oxidációs állapotot

2Fe⁺3Cl3 + Fe = 3Fe⁺2Cl2

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete